Jaki jest wpływ temperatury na dokładność obróbki CNC?Odkształcenie termiczne jest jedną z przyczyn wpływających na dokładność obróbki.Na obrabiarkę wpływa zmiana temperatury otoczenia warsztatu, nagrzewanie się silnika i tarcie ruchu mechanicznego, ciepło skrawania i medium chłodzące, co powoduje nierównomierny wzrost temperatury każdej części obrabiarki, co skutkuje w zmianie dokładności kształtu i dokładności obróbki obrabiarki.Np. 70mm jest obrabiane na zwykłej precyzyjnej frezarce CNC × Dla śruby 1650mm skumulowany błąd obrabianych elementów frezowanych od 7:30 do 9:00 rano może osiągnąć 85m w porównaniu z obrabianymi od 2:00 do 3:30 po południu.Ale przy stałej temperaturze błąd można zredukować do 40m.
Innym przykładem jest precyzyjna szlifierka dwustronna stosowana do szlifowania dwustronnego cienkich blach stalowych o grubości 0,6-3,5 mm, która może przetwarzać 200 mm w momencie akceptacji × 25 mm × Obrabiany przedmiot z blachy stalowej 1,08 mm może osiągnąć dokładność wymiarową mm , a stopień gięcia jest mniejszy niż 5m na całej długości.Jednak po ciągłym automatycznym szlifowaniu przez 1h zakres zmiany rozmiaru wzrósł do 12M, a temperatura płynu chłodzącego wzrosła z 17℃ przy rozruchu do 45℃.Pod wpływem ciepła szlifowania czop wału głównego ulega wydłużeniu, a luz łożyska przedniego wału głównego jest zwiększony.Dlatego do zbiornika chłodziwa obrabiarki dodaje się lodówkę o mocy 5,5 kW, a efekt jest bardzo idealny.Wykazano, że deformacja obrabiarki po nagrzaniu jest ważnym czynnikiem wpływającym na dokładność obróbki.Jednak obrabiarka znajduje się w środowisku, w którym temperatura zmienia się w dowolnym momencie;Sama obrabiarka nieuchronnie będzie zużywać energię podczas pracy, a znaczna część tej energii zostanie zamieniona na ciepło na różne sposoby, powodując fizyczne zmiany różnych elementów obrabiarki.Takie zmiany są bardzo zróżnicowane ze względu na różne formy konstrukcyjne i materiały.Projektanci obrabiarek powinni opanować mechanizm powstawania i prawo rozkładu temperatury ciepła oraz podjąć odpowiednie działania w celu zmniejszenia wpływu odkształcenia termicznego na dokładność obróbki do Z.
Obróbka CNCWzrost temperatury i rozkład temperatury obrabiarek oraz klimat naturalny wpływają na rozległe terytorium Chin.Większość obszarów znajduje się na obszarach podzwrotnikowych.Temperatura jest bardzo zróżnicowana w ciągu roku, podobnie jak różnica temperatur w ciągu dnia.W związku z tym sposób i stopień ingerencji ludzi w temperaturę wewnętrzną (np. w warsztacie) są również różne, a atmosfera temperaturowa wokół obrabiarki jest bardzo zróżnicowana.Na przykład sezonowy zakres zmian temperatury w delcie rzeki Jangcy wynosi około 45 ℃, a dobowa zmiana temperatury wynosi około 5-12 ℃.Generalnie w warsztacie obróbczym zimą nie ma ogrzewania, a latem klimatyzacji.Jednak dopóki warsztat jest dobrze wentylowany, gradient temperatury warsztatu obróbki skrawaniem niewiele się zmienia.W północno-wschodnich Chinach sezonowa różnica temperatur może osiągnąć 60 ℃, a zmienność dobowa wynosi około 8-15 ℃.Okres grzewczy trwa od końca października do początku kwietnia następnego roku.Warsztat obróbki skrawaniem jest zaprojektowany z ogrzewaniem i niewystarczającą cyrkulacją powietrza.Różnica temperatur wewnątrz i na zewnątrz warsztatu może osiągnąć 50 ℃.Dlatego gradient temperatury w warsztacie zimą jest bardzo złożony.Podczas pomiaru temperatura na zewnątrz wynosi 1,5 ℃, godzina 8:15-8:35 rano, a zmiana temperatury w warsztacie około 3,5 ℃.Na dokładność obróbki precyzyjnych obrabiarek w dużym stopniu wpłynie temperatura otoczenia w takim warsztacie.
Wpływ otaczającego środowiska Środowisko otaczające obrabiarkę odnosi się do środowiska termicznego utworzonego przez różne układy w bliskim zasięgu obrabiarki.Obejmują one następujące cztery aspekty:1) Mikroklimat warsztatowy: taki jak rozkład temperatury w warsztacie (kierunek pionowy i kierunek poziomy).Gdy dzień i noc zmieniają się na przemian lub zmienia się klimat i wentylacja, temperatura w warsztacie będzie się zmieniać powoli.2) Warsztatowe źródła ciepła: takie jak promieniowanie słoneczne, promieniowanie urządzeń grzewczych, oświetlenie o dużej mocy itp., gdy znajdują się blisko obrabiarki, mogą bezpośrednio wpływać na wzrost temperatury całości lub części obrabiarki przez długi czas.Ciepło generowane przez sąsiednie urządzenia podczas pracy wpłynie na wzrost temperatury obrabiarki w postaci promieniowania lub przepływu powietrza.3) Rozpraszanie ciepła: fundament ma dobry efekt rozpraszania ciepła, zwłaszcza fundament precyzyjnych obrabiarek nie powinien znajdować się blisko podziemnej rury grzewczej.Gdy pęknie i przecieknie, może stać się źródłem ciepła, którego przyczynę trudno znaleźć;Warsztaty otwarte będą dobrym „grzejnikiem”, co sprzyja równowadze temperatur w warsztacie.4) Stała temperatura: urządzenia o stałej temperaturze przyjęte w warsztacie są bardzo skuteczne w utrzymaniu dokładności i dokładności obróbki precyzyjnych obrabiarek, ale zużycie energii jest duże.
3. Wewnętrzne czynniki wpływu termicznego obrabiarki1) Obrabiarka jest strukturalnym źródłem ciepła.Ogrzewanie silnika, takie jak silnik wrzeciona, silnik serwo posuwu, silnik pompy chłodzącej i smarującej oraz elektryczna skrzynka sterownicza, mogą generować ciepło.Warunki te są dozwolone dla samego silnika, ale mają znaczący niekorzystny wpływ na wał główny, śrubę kulową i inne elementy, dlatego należy podjąć środki w celu ich odizolowania.Gdy wejściowa energia elektryczna napędza silnik do pracy, z wyjątkiem tego, że niewielka część (około 20%) zostanie przekształcona w energię cieplną silnika, większość zostanie przekształcona w energię kinetyczną przez mechanizm ruchu, taki jak obrót silnika wał główny i ruch stołu warsztatowego;Jednak nieuniknione jest, że znaczna część ciepła zostanie przekształcona w ciepło tarcia podczas ruchu, takie jak ciepło łożysk, szyn prowadzących, śrub kulowych i skrzyń transmisyjnych.
2) Cięcie ciepła procesu.Podczas procesu skrawania część energii kinetycznej narzędzia lub przedmiotu obrabianego jest zużywana przez pracę skrawania, a znaczna część jest zamieniana na energię odkształcenia skrawania oraz ciepło tarcia pomiędzy wiórem a narzędziem, tworząc ciepło narzędzie, wrzeciono i przedmiot obrabiany, a duża ilość ciepła wiórowego jest przekazywana do uchwytu stołu roboczego i innych części obrabiarki.Będą one bezpośrednio wpływać na względną pozycję między narzędziem a przedmiotem obrabianym.
3) Chłodzenie.Chłodzenie jest środkiem odwrotnym do wzrostu temperatury obrabiarki, takim jak chłodzenie silnika, chłodzenie komponentów wrzeciona i chłodzenie podstawowych komponentów konstrukcyjnych.Obrabiarki wysokiej klasy są często wyposażone w lodówki do wymuszonego chłodzenia.4. Wpływ formy konstrukcyjnej obrabiarki na wzrost temperatury w zakresie odkształceń termicznych obrabiarki, forma konstrukcyjna obrabiarki odnosi się zwykle do formy konstrukcyjnej, rozkładu masy, wydajności materiału i rozkładu źródła ciepła.Kształt struktury wpływa na rozkład temperatury, kierunek przewodzenia ciepła, kierunek odkształceń termicznych oraz dopasowanie obrabiarki.
1) Forma konstrukcyjna obrabiarki.Jeśli chodzi o ogólną konstrukcję, obrabiarki są pionowe, poziome, portalowe i wspornikowe itp., które mają duże różnice w reakcji termicznej i stabilności.Na przykład wzrost temperatury głównej maźnicy tokarki z przekładnią zębatą może wynosić nawet 35 ℃, tak że główny wałek jest unoszony do góry, a czas bilansu cieplnego wymaga około 2 godzin.W przypadku precyzyjnego tokarsko-frezarskiego centrum obróbczego z łożem skośnym obrabiarka ma stabilną podstawę.Oczywiście poprawiono sztywność całej maszyny.Wał główny jest napędzany serwomotorem, a część przekładni zębatej jest usuwana.Wzrost temperatury jest zwykle mniejszy niż 15 ℃.2) Wpływ dystrybucji źródła ciepła.Powszechnie uważa się, że źródło ciepła odnosi się do silnika w obrabiarce.Na przykład silnik wrzeciona, silnik posuwu i układ hydrauliczny nie są kompletne.Nagrzewanie silnika to tylko energia pobierana przez prąd na impedancji twornika przy przenoszeniu obciążenia, a znaczna część energii jest zużywana na nagrzewanie spowodowane pracą cierną łożyska, nakrętki śruby, prowadnicy i innych mechanizmy.Dlatego silnik można nazwać pierwotnym źródłem ciepła, a łożysko, nakrętkę, szynę prowadzącą i chip można nazwać wtórnym źródłem ciepła.Odkształcenie termiczne jest wynikiem wszechstronnego oddziaływania wszystkich tych źródeł ciepła.Wzrost temperatury i deformacja pionowego centrum obróbkowego z ruchomymi kolumnami podczas ruchu podawania w kierunku y.Stół warsztatowy nie porusza się podczas podawania w kierunku Y, więc ma niewielki wpływ na odkształcenie termiczne w kierunku X.Na kolumnie, im dalej od śruby prowadzącej osi Y, tym mniejszy wzrost temperatury.Gdy maszyna porusza się wzdłuż osi z, dokładniej wyjaśniany jest wpływ rozkładu źródła ciepła na odkształcenia termiczne.Posuw osi z jest dalej od kierunku x, więc odkształcenie termiczne ma mniejszy wpływ.Im bliżej kolumny znajduje się nakrętka silnika osi Z, tym większy wzrost temperatury i odkształcenie.
3) Wpływ rozkładu masy.Wpływ rozkładu masy na odkształcenia termiczne obrabiarek ma trzy aspekty.Po pierwsze odnosi się do wielkości i koncentracji masy, zwykle odnosi się do zmiany pojemności cieplnej i szybkości wymiany ciepła oraz zmiany czasu dojścia do bilansu cieplnego2、 Zmieniając formę ułożenia masy, np. ułożenie różnych żeber, można poprawić sztywność termiczną konstrukcji, a przy tym samym wzroście temperatury można zmniejszyć wpływ odkształcenia termicznego lub utrzymać odkształcenie względne mały;Po trzecie, oznacza to zmniejszenie wzrostu temperatury części obrabiarki poprzez zmianę formy ułożenia masy, np. umieszczenie żeber rozpraszających ciepło na zewnątrz konstrukcji.Wpływ właściwości materiału: różne materiały mają różne parametry wydajności cieplnej (ciepło właściwe, przewodność cieplna i współczynnik rozszerzalności liniowej).Pod wpływem tego samego ciepła ich wzrost temperatury i deformacja są różne.Badania sprawności cieplnej obrabiarek
1. Celem testu wydajności cieplnej obrabiarki jest kontrola odkształcenia termicznego obrabiarki.Kluczem jest pełne zrozumienie zmian temperatury otoczenia obrabiarki, źródła ciepła i zmiany temperatury samej obrabiarki oraz odpowiedzi (przemieszczenia deformacji) kluczowych punktów poprzez test charakterystyki termicznej.Dane testowe lub krzywe opisują właściwości termiczne obrabiarki, dzięki czemu można podjąć środki zaradcze w celu kontrolowania odkształcenia termicznego i poprawy dokładności obróbki i wydajności obrabiarki.W szczególności należy osiągnąć następujące cele:1) Przetestuj otoczenie obrabiarki.Zmierz temperaturę otoczenia w warsztacie, jego przestrzenny gradient temperatury, zmianę rozkładu temperatury na przemian dzień i noc, a nawet wpływ zmian sezonowych na rozkład temperatury wokół obrabiarki.
2) Badanie charakterystyki termicznej samej obrabiarki.Pod warunkiem jak największego wyeliminowania ingerencji środowiska, obrabiarka powinna być utrzymywana w różnych stanach roboczych, aby mierzyć zmianę temperatury i zmianę przemieszczenia ważnych punktów samej obrabiarki oraz rejestrować zmianę temperatury i przemieszczenie klucza punktów w wystarczająco długim okresie czasu.Miernik fazy termicznej na podczerwień może być również używany do rejestrowania rozkładu termicznego każdego okresu.3) Wzrost temperatury i odkształcenie termiczne są mierzone podczas procesu obróbki, aby ocenić wpływ odkształcenia termicznego obrabiarki na dokładność procesu obróbki.4) Powyższe testy mogą zgromadzić dużą liczbę danych i krzywych, które dostarczą wiarygodnych kryteriów projektowania obrabiarek i kontroli przez użytkownika odkształceń termicznych oraz wskażą kierunek podejmowania skutecznych działań.
2. Zasada testu odkształcenia termicznego testu odkształcenia termicznego obrabiarki najpierw musi zmierzyć temperaturę kilku odpowiednich punktów, w tym następujące aspekty:1) Źródło ciepła: w tym silnik posuwu każdej części, silnik wrzeciona, para napędów śrub kulowych, szyna prowadząca i łożysko wrzeciona.2) Urządzenia pomocnicze: w tym układ hydrauliczny, lodówka, system wykrywania przemieszczeń chłodzenia i smarowania.3) Struktura mechaniczna: w tym łoże maszyny, podstawa, płyta ślizgowa, kolumna, skrzynka głowicy frezarskiej i wrzeciono.Pręt pomiarowy ze stali indowej jest zamocowany między wrzecionem a stołem obrotowym.Pięć czujników stykowych jest rozmieszczonych w kierunkach X, y i Z, aby mierzyć kompleksowe odkształcenie w różnych warunkach, aby symulować względne przemieszczenie między narzędziem a przedmiotem obrabianym.3. Przetwarzanie i analiza danych testowych test odkształcenia termicznego obrabiarki należy przeprowadzić w długim, ciągłym czasie, a także należy prowadzić ciągłą rejestrację danych.Po analizie i obróbce odbite charakterystyki odkształceń termicznych są wysoce niezawodne.Jeśli błąd zostanie wyeliminowany w wielu testach, wyświetlana prawidłowość jest wiarygodna.W teście odkształcenia termicznego układu wrzeciona jest 5 punktów pomiarowych, z których punkt 1 i punkt 2 znajdują się na końcu wrzeciona i w pobliżu łożyska wrzeciona, a punkt 4 i punkt 5 znajdują się odpowiednio na obudowie głowicy frezarskiej w pobliżu Prowadnica w kierunku Z.Czas testu trwał 14h, w którym prędkość obrotowa wału głównego w pierwszych 10h zmieniała się w zakresie 0-9000r/min.od 10 h wał główny nadal obracał się z dużą prędkością 9000r/min.
Można wyciągnąć następujące wnioski:1) Czas bilansu cieplnego wrzeciona wynosi około 1H, a zakres wzrostu temperatury po zrównoważeniu wynosi 1,5 ℃;2) Wzrost temperatury pochodzi głównie z łożyska wału głównego i silnika wału głównego.W normalnym zakresie prędkości łożysko ma dobrą wydajność cieplną;3) Odkształcenie termiczne ma niewielki wpływ na kierunek X;4) Odkształcenie rozszerzające w kierunku z jest duże, około 10 m, co jest spowodowane wydłużeniem termicznym wału głównego i wzrostem luzu łożyska;
5) Gdy prędkość obrotowa jest utrzymywana na poziomie 9000r/min, wzrost temperatury gwałtownie rośnie, o około 7 ℃ w ciągu 2,5h i istnieje tendencja do dalszego wzrostu.Odkształcenie w kierunku Y i Z sięga 29m i 37m, co wskazuje, że wał główny nie może już pracować stabilnie z prędkością obrotową 9000r/min, ale może pracować w krótkim czasie (20min).Powyżej przeanalizowano i omówiono sterowanie odkształceniem termicznym obrabiarki.Wzrost temperatury i odkształcenia termiczne obrabiarki mają różny wpływ na dokładność obróbki.Podejmując środki kontroli, powinniśmy uchwycić główną sprzeczność i skupić się na podjęciu jednego lub dwóch środków, aby osiągnąć dwukrotnie lepszy wynik przy połowie wysiłku.Projekt powinien rozpocząć się w czterech kierunkach: ograniczenie wytwarzania ciepła, zmniejszenie wzrostu temperatury, zrównoważenie struktury i rozsądne chłodzenie.
1. Ograniczenie wytwarzania ciepła i kontrolowanie źródła ciepła to podstawowe działania.W projekcie należy podjąć działania w celu skutecznego ograniczenia wytwarzania ciepła przez źródło ciepła.1) Rozsądnie wybierz moc znamionową silnika.Moc wyjściowa P silnika jest równa iloczynowi napięcia V i prądu I. Ogólnie napięcie V jest stałe.W związku z tym wzrost obciążenia oznacza, że wzrasta moc wyjściowa silnika, czyli odpowiedni prąd I również wzrasta, a ciepło pobierane przez prąd w impedancji twornika wzrasta.Jeśli zaprojektowany i wybrany przez nas silnik przez długi czas pracuje blisko lub znacznie przekracza moc znamionową, wzrost temperatury silnika oczywiście wzrośnie.W związku z tym przeprowadzono test porównawczy na głowicy frezarki igłowej frezarki igłowej sterowanej numerycznie bk50 (prędkość obrotowa silnika: 960r/min; temperatura otoczenia: 12℃).Z powyższych badań wynikają następujące koncepcje: biorąc pod uwagę wydajność źródła ciepła, przy doborze mocy znamionowej silnika wrzeciona lub silnika posuwu należy wybrać moc wyższą o ok. 25% od obliczonej.W rzeczywistej pracy moc wyjściowa silnika odpowiada obciążeniu, a zwiększenie mocy znamionowej silnika ma niewielki wpływ na zużycie energii.Ale wzrost temperatury silnika można skutecznie zredukować.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
